Fúrási sebességnövelő szerszámok kutatása

Jelenleg a fúrási sebességnövelő szerszámokat főként két kategóriába sorolják: mechanikus és hidraulikus típusokra. A mechanikus szerszámok a fúrófejre nehezedő súlyt (WOB) használják az ütőerő előállításához, ami hatékonyan javítja a kőzettörés hatékonyságát kemény formációkban, de vannak olyan problémák, mint az erős rezgés, a magas energiafogyasztás és a könnyű kifáradásos károsodás. A hidraulikus szerszámok fúrófolyadékot használnak az ütőkalapácsok meghajtására, az ütés, a forgás és a sugár kombinálásával a kőzettöréshez. Jelentős előnyökkel rendelkeznek a behatolási sebesség (ROP) növelésében, a kút eltérésének szabályozásában és a fúrófej élettartamának meghosszabbításában, de általában olyan problémákkal küzdenek, mint az egyszeri ütések gyakorisága és a különböző formációk igényeihez való alkalmazkodás nehézsége.

Az ütvefúrási technológiát a hatásmechanizmus szerint főként három kategóriába sorolják: torziós ütvefúrási technológia, axiális ütvefúrási technológia és axiális-torziós összetett ütvefúrási technológia. A sebességnövelő ütvefúrás lényege, hogy a gáz vagy folyadék nyomásenergiáját egy ütközőelem segítségével axiális vagy torziós ütőmechanikai energiává alakítják, amelyet közvetlenül a fúró hátsó végére alkalmaznak, javítva a fúró vágási állapotát és növelve a fúró kőzettörési hatékonyságát.

A torziós ütvefúrási technológia az utóbbi években feltörekvő, a fúrási sebességet növelő technológia, amelyet főként a PDC fúrófejek által keltett „ragadós csúszás” rezgés megoldására használnak. Használat közben a torziós ütközőt a fúrófej hátsó végére szerelik fel. Belső szerkezeti kialakításának köszönhetően a folyadék hidraulikus energiáját torziós ütési mechanikai energiává alakíthatja. A fúrófej a fúrószál állandósult nyomatékának és az ütközőfej által generált ütési nyomatéknak az együttes hatására töri a sziklát.

A következő példák két innovatív eszközt mutatnak be

1. Fúrási sebességnövelő szerszám állítható ütési frekvenciával

A frekvenciaszabályozható hidraulikus fúrási sebességnövelő szerszám magütköző szerkezettel rendelkezik, amely csapágyakból, alsó tengelytestből, dugattyúpárokból, ütőkalapácsból, fojtószelep-fúvókából és egyéb alkatrészekből áll.

Működési elv:Az ütőkalapács felső és alsó kamrájában a fúrófolyadék által létrehozott periodikus nyomáskülönbséget használja ki, hogy az ütőkalapácsot nagy sebességgel oda-vissza mozgásra hajtsa, axiális ütőerőt generálva, amely közvetlenül a fúrófejre kerül, elősegítve a kőzettörést. A lényeg az, hogy ez a szerszám az alsó tengelytestben lévő szimmetrikus furatok számának változtatásával képes beállítani az ütési frekvenciát, ezáltal alkalmazkodva a különböző formációk fúrási igényeihez.

Állítható ütési frekvenciával rendelkező fúrási sebességnövelő szerszám alkalmazása

Terepi teszt közepesen kemény formációban: A numerikus szimulációval kiválasztott optimális ütési frekvencia (16 Hz) alapján ezt a szerszámot a Xinjiang Olajmező X1 kútjában tesztelték. Az erős abrazív és alacsony behatolási sebességű (ROP) formációszakaszban a szomszédos kúttal való összehasonlítás egy csavaros fúrószerszámmal azt mutatja, hogy a szerszám használata után az egy menetben mért anyagmennyiség 53%-kal, a mechanikus ROP pedig 27,0%-kal nőtt, ami hatékonyan csökkentette a bevetések számát és megtakarította az építési időt.

Terepi teszt kemény formációban: A numerikus szimulációval kiválasztott optimális ütési frekvenciának (18 Hz) megfelelően ezt a szerszámot a Xszincsiangi olajmező X3-as kútjában, rossz fúrhatóságú karbon andezit és bazalt formációkban tesztelték.

Következtetés: Az eredmények azt mutatják, hogy a szerszám használata után a mechanikus ROP jelentősen, 103,2%-kal nőtt a szomszédos kutakhoz képest, ami hatékonyan bizonyítja, hogy jelentősen javíthatja a fúrási hatékonyságot és lerövidítheti a fúrási ciklust különböző formációkban.

2. Kompozit ütvefúró sebességnövelő szerszám tervezése

Egy hidraulikus torziós ütőmechanizmust terveztek, amelynek magja három részből áll: egy áramláselosztó mechanizmusból, egy irányváltó mechanizmusból és egy ütőmechanizmusból.

Mozgásfolyamat: Kezdetben (a állapot) a nagynyomású folyadék a hidraulikus kalapács bal üregébe jut a váltószelep magjának bal áramlási csatornáján keresztül, és a hidraulikus kalapácsot és a szelepmagot együttesen az óramutató járásával megegyező irányba forgatja, amíg a hidraulikus kalapács a hidraulikus kalapács ülékébe nem ütközik (b állapot). Az ütközés után a nagynyomású folyadék a jobb vezérlőáramlási csatornán keresztül belép a hidraulikus kalapács és a szelepmag által alkotott jobb üregbe, és a szelepmagot az óramutató járásával megegyező irányba forgatja a fordított helyzetbe (c állapot), így a nagynyomású folyadék a jobb áramlási csatornába kapcsol, és a hidraulikus kalapács jobb üregébe jut, és a hidraulikus kalapácsot és a szelepmagot az óramutató járásával ellentétes irányba forgatja (c állapot). Amíg a hidraulikus kalapács ismét a hidraulikus kalapács ülékébe nem ütközik (d állapot), a nagynyomású folyadék a bal vezérlőáramlási csatornán keresztül jut be a bal üregbe, és a szelepmagot az óramutató járásával ellentétes irányba forgatja, majd visszatér a kezdeti állapotba (a állapot). Ez ciklusonként nagyfrekvenciás dugattyús torziós ütést hoz létre a folyadék által hajtott folyamatos irányváltás és ütés révén.

Működési elv:Miután a folyadék (iszap) a felső csatlakozáson és a vezetőcsövön keresztül az áramláselosztó hüvelybe áramlik, az eloszlik a fordító mechanizmushoz és az ütő mechanizmushoz, és a folyadék két útját az áramláselosztó lemez választja el egymástól. Ezt követően a folyadék áthalad a tüske belsejében lévő fúvókán, előtte és utána nagy- és kisnyomású zónákat képezve. A fordítószelep magja a nyomáskülönbség hajtása alatt forog, szabályozva a hidraulikus kalapács bal és jobb üregeinek felváltva történő csatlakozását a nagy- és kisnyomású zónákhoz, így a hidraulikus kalapács oda-vissza mozog, hogy a nyomáskülönbség hatására a hidraulikus kalapács ülésébe ütközzön, így nagyfrekvenciás oda-vissza torziós ütést hozva létre.

1-Felső segédszelep; 2-Külső burkolat; 3-Vezetőcső; 4-Áramláselosztó hüvely; 5-Áramláselosztó lemez; 6-Csavar; 7-Felső támasztógyűrű; 8-Hidraulikus kalapács foglalat; 9-Hidraulikus kalapács; 10-Váltószelep mag; 11-Alsó támasztógyűrű; 12-Tüske; 13-Alsó segédszelep;

A torziós ütközési mechanizmus szerkezetének vázlatos rajza

A torziós ütközési mechanizmus mozgási folyamata

Egyfajta axiális ütőmechanizmust terveztek. A hidraulikus axiális ütközők főként két típusra oszthatók: szelepes és szelep nélküli típusra. A szelepes ütközők belső szerkezete összetett, megbízhatóságuk gyenge; a szelep nélküli típus főként sugárhajtású és sugárszívó típusokat foglal magában, amelyek közül a sugárhajtású típus rövid élettartamú. A sugárszívó hidraulikus ütköző egyszerű szerkezetű, a sugár elsodródására és a vízkalapács oszcillációs hatására támaszkodik az ütközésben, kevés belső mozgó alkatrésszel rendelkezik, és nincsenek sérülékeny alkatrészei, és jobban alkalmazkodik az összetett fúrólyuk-körülményekhez.

1-Felső fúvókaülés; 2-Felső fúvóka; 3-Felső szelep; 4-Felső szelephüvely; 5-Másodlagos fúvóka; 6-Axiális külső burkolat; 7-Támasztóhüvely; 8-Ütőkalapács; 9-Kalapácsfej; 10-Kalapácsülés; 11-Védőkupak; 12-Hatszögletű illesztés. Az axiális ütőmechanizmus működési elve.

Kezdeti áramlás és nyomáskülönbség kialakulása: A nagynyomású folyadék nagy sebességű sugarat képez a felső fúvókán keresztül. A sugár elragadásának és a fojtóhatásnak az együttes hatására nyomáskülönbség keletkezik a felső szelep felső és alsó kamrájában, valamint az ütőkalapács külső felső kamrája és a kalapácsfej alsó vége között.

Az alkatrészek felfelé irányuló mozgása és az áramlási csatorna tömítése: A felső szelep a nyomáskülönbségeik által hajtva felfelé mozog, és az ütőelemek (másodlagos fúvóka, ütőkalapács és kalapácsfej) szintén felfelé mozognak, amíg a másodlagos fúvóka hozzá nem ér a felső szelephez és lezárja az áramlási csatornát.

Vízkalapács generálása és együttes lefelé irányuló mozgás: Az áramlási csatorna azonnali bezárása vízkalapács-oszcillációt vált ki, és a kamrában lévő nyomás hirtelen megemelkedik, ami a felső szelepet és az ütköző alkatrészeket együttesen lefelé gyorsítja.

Tehetetlenségi ütközés és ciklus utáni helyreállítás: Miután a felső szelep az alsó véghelyzetbe mozdul, az ütköző alkatrészek a tehetetlenség hatására tovább lefelé mozognak, végül a kalapácsülésbe ütköznek, hogy befejezzék az axiális ütközést. Az ütközés után az áramlási csatorna visszatér sima állapotába, és a mechanizmus a szelepszárra nehezedő súly (WOB) hatására visszaáll alaphelyzetbe, megkezdve a következő ciklust.

Kapcsolat:Jessie Zhou

Mobil/WhatsApp:+0086-18109206861
Email:energy@landrilltools.com